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2023-06-26 10:34:31
四大因素解析：常規阻抗控制為什么只能是10%？|世界速訊
2023-06-26 10:34:31 來源: jf_32813774
隨著高速信號傳輸，對高速PCB設計提出了更高的要求，阻抗控制是高速PCB設計常規設計，PCB加工十幾道工序會存在加工誤差，當前常規板廠阻抗控制都是在10%的誤差。理論上，這個數值是越小越好，為什么是10%？為什么不能進一步的把常規控制能力推到8%，甚至5%呢？
(資料圖片)
從設計上，在《阻抗板是否高可靠，華秋有話說》一文中有提及，由理論公式推導，阻抗與介質厚度、線寬、銅厚、介電常數、阻焊厚度等因素有關，但設計通常是理想值，從PCB加工工藝來講，任何一道工序都會存在偏差，即所謂的制程公差，理論上講實際值越接近理論值，最后阻抗公差就會越小，電子產品的電氣性能就越優，產品可靠性越高。
綜合這些阻抗影響因素，我們可以看到，本質上阻抗偏差與材料及加工過程有關。板材來料本身偏差、線路蝕刻偏差、層壓帶來的流膠率偏差，以及銅箔表面粗糙度、PP玻纖效應、介質的DF頻變效應等都會對阻抗公差有影響。
一、覆銅板的來料偏差
據IPC-4101《剛性及多層印制板用基材規范》，覆銅板的厚度偏差分為兩種，一種厚度公差包括金屬箔的厚度，另一種不包括銅箔的芯板厚度。覆銅板（包括銅箔）厚度公差分三個等級（K、L和M），從K級至M級厚度偏差漸嚴。覆銅板（不包括銅箔）厚度偏差分四個等級（A、B、C、D），從A級至D級厚度偏差漸嚴。華秋嚴格選用生益/建滔 A 級 FR4板材，從源頭上控制來料偏差，控制板材對阻抗公差的影響。
二、壓合制程的介質偏差
壓合是PCB多層板制造中最重要的工序之一，簡言之，壓合是指將銅箔、半固化片（PP片）和內層芯板，透過“熱和壓力”結合起來。通過壓合工序后的PCB，需要符合一定的板厚、阻抗控制、電氣絕緣性、層之間的結合性、尺寸穩定性、板材的平整性等要求。
這里我們可以看到，壓合對阻抗公差一個重要影響因素就是介質厚度，即半固化片（PP片）的厚度。一般而言，板廠采購來的PP片，有一個初始厚度，這個初始厚度跟樹脂含量（RC%）及玻璃布的型號相關，不同品牌PP片，含膠量和玻璃布厚度有一定的差異，從產品的穩定可靠而言，在滿足客戶需求的情況下，華秋PCB一般會選用固定的品牌廠商PP片，跟工廠壓機形成一個相對穩定的參數關系，通過大量的過程數據，以確保PCB的壓合質量。
而在實際的壓合過程中，樹脂在高溫高壓的情況下，會發生流動，多余的樹脂（RF%）就會從層間溢出，剩余在層間的樹脂厚度則為樹脂實際厚度。
而PP填膠后的實際厚度計算如下：
PP壓合后厚度= 單張PP理論厚度 – 填膠損失
填膠損失 = (1-A面內層銅箔殘銅率)x內層銅箔厚度 + (1-B面內層銅箔殘銅率)x內層銅箔厚度
內層殘銅率=內層走線面積/整板面積
而阻抗控制的重要影響因素中，介電常數（Dk值）及介質厚度都有PP片決定，介電常數Dk值可由下列公式計算：
Dk=6.01-3.34R R: 樹脂含量 %
綜上，原材料PP片厚度存在固有的厚度的偏差，且經過壓合的實際厚度也因為壓合參數條件存在偏差的疊加，這些都會對最終的阻抗控制產生影響，阻抗公差控制在10%的范圍已比較困難。
PP片以其玻璃布的型號區分，最常見的型號分別有7628、2116、1080，下表為各種PP片、樹脂含量、厚度一覽表：
三、蝕刻制程的線路偏差
PCB線路制程，一般會經過貼膜-曝光-顯影-蝕刻-退膜這幾道工序，線路蝕刻工序則會影響最終的線寬，從而影響阻抗控制。理論上，如果要精確地界定蝕刻的質量，那么必須保證線寬的一致性和側蝕程度，即蝕刻因子（側蝕寬度與蝕刻深度之比稱為蝕刻因子）。
通常我們的蝕刻精度公差是10mil及以下的線寬按照+/-1mil來控制，10mil以上的線寬公差按+/-10%管控。線寬越小，蝕刻的精度公差越難控制。想要控制好線路精度及線寬一致性，PCB板廠一方面必須配備高品質的線路曝光機和真空蝕刻機，另一方面，還需要根據蝕刻側蝕量、光繪誤差、圖形轉移誤差，對工程底片進行工藝補償，以達到線寬/線厚的要求。華秋擁有高精度LDI曝光機及宇宙水平線，線寬公差可控制±15%以內（行業普標為±20%），最小線寬線距2.5/3.0 mil，蝕刻均勻品質高，線路精度及一致性更有保障。
四、阻焊偏差
阻焊，即在PCB表面不需焊接的線路和基材上涂上層防焊阻劑 (油墨) ，并起到阻焊絕緣、防止氧化、美化外觀之作用。
阻焊油墨影響阻抗的因素主要是阻焊油墨的介電常數及覆蓋阻抗線的阻焊油厚度兩個因素。對于PCB板廠而言，一般使用油墨型號都是固定的，其介電常數的變化很小。只有在變換阻焊顏色時，介電常數才會有細小的變化。相對于介電常數，阻焊的油墨厚度對阻抗的影響最大。
一般情況下，印上阻焊會使外層阻抗減少，因此在控制阻抗誤差時會考慮到阻焊的影響。正常情況下，印刷一遍阻焊可使單端下降2Ω，可使差分下降8Ω；印刷兩遍下降值為一遍時的2倍；當印刷三次以上時，阻抗值不再變化。
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